专利名称：地铁列车到站自动定位控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种地铁列车到站自动定位控制系统，尤其适合于地铁或轻轨运行过程中列车实时地址的在线检测，实现列车自动报站、定位及自动开门、关门等功能的控制系统。
背景技术：
在地铁或轻轨运行过程中，列车的进站、出站或列车通过区间某一位置时，需要检测列车是否通过该位置以及在该位置的绝对地址，用于列车自动报站或者列车实时测量供电系统的电气参数。当列车通过地列列车铺设的电缆区域时，该系统能自动识别到站地址，并能发出有效信号供其它系统使用。传统的列车到位检测，有电磁式或红外式的传感器，其不足之处是传感器安装比较麻烦，一般只能提供触点信号，没有计算机通讯功能，不能接收其它系统的命令，信号受现场因素的影响比较大，实现的自动控制功能有限，所以使用起来受到局限不是很灵活。
发明内容本实用新型的目的是针对背景技术中的缺点和不足，提供一种性能可靠，迅速准确的地铁列车到站自动定位控制系统。本实用新型的技术方案是:构造一种在列车旁设置感应电缆，解决运行列车可以即时检测到地址，根据即时地址实现自动报站，自动定位及控制联锁等功能；列车上可以直接知道自己的地址的定位系统。本实用新型由地上循环编码发射部分、电缆编码部分、天线部分、车上解码部分、单片机软件计算地址部分、PLC控制部分、外接控制部分组成，地上循环编码发射部分产生49KHz载波信号,载波信号的输出与电缆编码部分的输入相连接，电缆编码部分通过对线交叉产生地址格雷编码信号，天线部分感应到地址格雷编码信号并向空间发射，与车上解码部分的输入相连接，车上解码部分将天线部分发射的地址格雷编码信号转换数字码元信号，数字码元信号传送到单片机计算地址部分的输入端，单片机计算地址部分将数字码元信号系列通过算法转换成地址信号，单片机计算地址部分的输出信号传送到PLC控制部分，PLC控制部分根据单片机计算地址部分产生的地址信号来控制外接控制部分，外接控制部分通过PLC传送过来的信号来控制外部设备的传动设备。地铁列车到站自动定位控制系统中的循环编码发射部分的方法，该方法包括下列步骤:a)按扁平电缆的编码规则，自定义一串数据流，根据数据流的顺序循环发送载波信号。a)单片机定时发送载波信号，并在载波信号的输出附有反相端子，载波频率为49KHz ；b)闻速开关与电缆的输入接口相接，循环控制载波信号的输出。本实用新型的另一方案是提供一种地铁列车到站自动定位控制系统中的车上粗地址和精地址解码的方法，该方法包括下列步骤:A、粗地址解码a)移位控制模块的输出信号传送到读信号值模块，左移入18位寄存器；b)判断低9位是“00000001G”，调用测试精密地址子程序模块；如果低9位不是“00000001G”，则程序进入判断高8位是否是:“00000001”模块；c)如果高8位是“00000001”，程序进入到取寄存器值的模块，将该18位寄存器的值与“000000001111111111”相“与”，再取出低10位的数据；如果高8位不是“00000001”，则程序返回；d)取寄存器值的模块的输出信号传送到将此格雷码转换为二进制码的模块，即为粗地址。粗地址保存以后程序返回。B、精地址解码a)从调用测试精密地址子程序入口的输出信号传送到取天线Tl整流值，经A/D转换后，送入Al变量模块，其输出信号传送到取天线T2整流值，经A/D转换后，送入A2变量模块；b)从A2变量模块的输出信号传送到Al/ A2的比值模块，该Al/ A2的值查表得值=Seqnum,其输出信号传送到判断粗地址最低位是否是’ O’的模块；c)判断:如果主地址最低位是:“0”,则绝对地址=粗地址+ seqnum ;如果主地址最低位是:“1”，则绝对地址=粗地址+1- seqnum ;输出完后均返回。本实用新型的优点是:提供一种可靠并易于实行的串行地址检测的方案，能提高系统地址的检测速度，在感应电缆上运行车辆时可以同时即时检测到地址，车上可以直接知道自己的地址，并能提高列车自动报站，自动运行和自动定位的精确性和准确性。
图1为本实用新型的总体系统方框图图2为本实用新型的地面部分的电路原理图图3为本实用新型的电缆对线图图4为本实用新型的粗地址解码方框图图5为本实用新型的精密地址天线结构图6为本实用新型的双天线交差接收原理图图7为本实用新型的车上部分的电路原理图图8为本实用新型的粗地址检测软件流程图图9为本实用新型的精密地址检测软件流程图图10为本实用新型的PLC控制部分和外接控制部分接线框图
具体实施方式
由图1可知，本实用新型由地上循环编码发射部分(I)、电缆编码部分(2)、天线部分(3)、车上解码部分(4)、单片机软件计算地址部分(5)、PLC控制部分(6)、外接控制部分(7)组成，地上循环编码发射部分(I)产生49KHz载波信号，载波信号的输出与电缆编码部分(2 )的输入相连接，电缆编码部分(2 )通过对线交叉产生地址格雷编码信号，天线部分(3)感应到地址格雷编码信号并向空间发射，与车上解码部分(4)的输入相连接，车上解码部分(4)将天线部分(3)发射的地址格雷编码信号转换数字码元信号，数字码元信号传送到单片机计算地址部分(5)的输入端，单片机计算地址部分(5)将数字码元信号系列通过算法转换成地址信号，单片机计算地址部分(5)的输出信号传送到PLC控制部分(6)，PLC控制部分(6 )根据单片机计算地址部分(5 )产生的地址信号来控制外接控制部分(7 )，外接控制部分(7)通过PLC传送过来的信号来控制外部设备的传动设备。所述的地上循环编码发射部分(I)由49KHz带有功率放大的载波发生电路、单片机、译码器及高速开关组成，49KHz带有功率放大的载波发生电路输出正相载波信号及反相载波信号分别传送到高速功率开关的输入端，单片机的输出与译码器的输入相连接，译码器经译码后分别与高速开关的控制端相连接。如图2所示，单片机IC5定时时钟触发产生的方波信号经过R1、Cl组成的积分电路低通滤波后转换为一定49KHz的正弦波信号，正弦波信号经运放集成电路IC6、IC7两级放大后输出到功率放大器IC8，功放IC8的一路信号输出传送到高速功率开关IC1、IC2、IC3的信号输入端，功放IC8的另一路信号输出与同比例变压器TI的同名端输入相连接，变压器Tl的异名端输出作为基本地址对线R的反相信号传送到高速功率开关IC1、IC2、IC3的信号输入端。单片机IC5产生的4路地址选通信号传送给译码器IC4，译码器IC4通过译码分别选通控制地址对线GO — G 9的信号输出和基本对线R的正相和反相信号的输出。如图3所示，电缆部分的结构由地址对线组成，使用时2个以上地址对线的单元长度可相互串接。如图4所示，粗地址解码由天线部分(3)、过零比较器、移位寄存器、异或门电路组成，天线部分发出经过放大滤波后的正弦波信号一路输出到异或门电路的输入端，另一路经一个周期T移位后输出到异或门的另一个输入端，经异或比较输出的数字码元信号再输入到单片机地址的输入端。如图5所示，本实用新型的天线部分由双天线线圈Tl、T2组成，线圈宽度为GO对线的最小交叉，线圈Tl与T2的中心位置相差为GO对线的小交叉(0.2米)加最小单元长度0.1米，Tl和T2在列车感应的信号幅度大小变化如图5 (b)所示。本天线结构适合精密地址解码方式。如图6所示，双天线交差接收原理图。电缆发送49KHz的载波信号，通过由线图L，电阻R2，电容C2组成的选频谐振回路感应接收，接收到的信号通过同相输入偶合电容C3，同相输入电阻R3传送到运算放大器IC1，信号放大以后一部分经过反馈电阻R6反馈输入，另一部分经过由C5，R7组成的积分电路滤波送给耦合变压器Tl，耦合变压器Tl将信号耦合输出。其中R8，R9组成的电路为选频谐振回路提供12V的直流电平，电容C6，C7，C8，C9保护提供给选频谐振回路的直流电平。单片机计算地址部分(5)将计算出的实时地址通过串口传送给PLC控制部分(6)，PLC控制部分(6)通过实时地址和从其它设备采集的信号来实现列车的自动报站、自动定位的有效控制。PLC控制部分(6)通过串口将信号传送计算的串行端口，来实现计算机管理和动画监视功能。所述的车上解码部分(4)由粗地址解码和精密地址解码两部分组成，粗地址解码由天线部分(3)、过零比较器、移位寄存器、异或门电路组成；精密地址解码由双天线线圈Tl、T2及A/D转换器组成。如图7所示，车上地址解码的电路实现。天线部分接受过来的信号经过前置放大、滤波、二次放大产生的有效正弦信号ui，Ul经过电压比较电路IC5过零比较，产生方波信号，传送给移位寄存器IC2，移位寄存器IC2产生两路信号Uil和Ui2，Ui2是Uil延时208微秒后产生的信号，两路信号与异或门电路IC4A的输入端相连接，产生的信号经过R17和R18低通滤波后的信号与异或门电路IC4B的一个输入端相连接，异或门电路IC4B另一个输入端与地相接，输出的信号变成规整的数字码元信号传送到IC1，ICl通过软件接受这系列的数字码元信号，转换为二进制码，这类二进制码就是我们所需的粗地址。信号U2是信号Ul整流以后得到的信号，信号U3是另一个接收天线Tl接受过来的信号经过前置放大、滤波、二次放大、整流以后得到的信号。信号U2和信号U3经过A/D转换器IC3转换为地址编码信号，地址编码信号传送给ICl的地址输入端口，ICl通过软件计算出精密地址，然后将精密地址与粗地址相加得到我们所需的绝对地址。本实用新型系统的工作方法:地面发射部分的具体工作是:依次选通地址对线G0-G9和基本地址对线R发送载波，一位的时间长度为一个码元长，即为波特率的倒数，送入基本地址对线的反相信号；波特率为4800bps，载波频率为49KHz ;—个带有功率放大的载波信号发生电路，并附有反相输出；各电缆对线接口前带有一个高速受控开关；每个码的发射步骤为:先由单片机的定时时钟触发进入中断，定时时钟决定发射每个码元的时间，由单片机将当时的选通码送往译码器译码，由译码器的输出端将控制信号送往每个高速开关的控制端，仅选通一个高速开关和一对电缆发送。扁平电缆编码法是:统一的电缆结构为:长度102.4米，基本地址单元1024个，单个地单元长度为0.1米；设有地址对线10对，为G O — G 9，基本地址对线一对R，通信对线2对，为L0，LI ;地址对线采用格雷码编码规则。车上地址解码包括粗地址解码和精密地址解码两部分，粗地址解码的具体工作是:·硬件部分采用:将正弦波信号转化为方波信号的过零比较器，延时一个周期的移位寄存器，异或比较门电路；如图8所示，车上粗地址解码的软件流程图。其具体的实现方法为:步骤100移位控制模块的输出信号传送到读信号值模块，步骤102左移入18位寄存器。步骤104判断低9位是否为“00000001G”，如果是进入步骤106调用测试精密地址子程序模块；如果低9位不是“00000001G”，则程序进入步骤108判断高8位是否是:“00000001”模块。如果高8位是“00000001”，程序进入到步骤110取寄存器值的模块，将该18位寄存器的值与“000000001111111111”相“与”，再取出低10位的数据；如果高8位不是“00000001”，则程序返回。取寄存器值的模块的输出信号传送到步骤112将此格雷码转换为二进制码的模块，即为粗地址。粗地址保存以后程序返回。具体工作步骤为:天线TO接受到的信号经过零比较转换为电平的码元信号送至异或门电路的一个输入端；天线TO接受到的信号经过零比较转换为电平的码元信号通过延时η倍周期的移位寄存器；移位寄存器的信号延时后送至异或门电路的另一个输入口 ；两路信号经过异或门电路后成为所需的码元电平信号；经过单片机软件控制读出这串行码，得到串行地址码数。车上精密地址解码的具体工作是:采用双天线接受方法，天线宽度为两个地址单元长度，两个天线安装相差为GO对线的小交叉加0.1米；在地面发射GO稳定后，车上的单片机通过A/D转换后，读入检波后的直流电平。如图9所示，车上精密地址解码的软件流程图。其具体的实现方法为:从调用步骤200测试精密地址子程序入口的输出信号传送到步骤202取天线Tl整流值，经A/D转换后，送入Al变量模块，其输出信号传送到步骤204取天线T2整流值，经A/D转换后，送入A2变量模块。从A2变量模块的输出信号传送到步骤206 Al/ A2的比值模块，该Al/ A2的值查表得值=seqnum，其输出信号传送到判断步骤208粗地址最低位是否是“O”的模块。判断:如果粗地址最低位是:“0”，则步骤210绝对地址=粗地址+ seqnum ;如果粗地址最低位是:“1”，则步骤212绝对地址=粗地址+1- seqnum ;输出完后均返回。PLC控制部分的具体工作方法是:PLC控制部分包括信号接受模块、信号处理模块、信号发送模块。信号接受模块:单片机将处理的二进制信号转换为B⑶码发送给PLC的信号接受模块。PLC接受模块将采集到现场需要采集的信号点。通信对线L0、LI上的有用信号，通过MODEM解调出来的数字码元信号传送给PLC的信号接受模块。信号处理模块:在每个站内设定一个不同的参考地址。列车根据在线检测的绝对地址与参考地址的距离远近，来自动调整列车的行进速度。列车在线检测的绝对地址与参考地址相等，产生列车定位信号点。信号发送模块:控制室所需要的定位信号、地址信号等通过信号发送模块来发送。上位机要采集的有效信号通过信号发送模块来传送。列车上的外接电气设备通过信号发送模块来传送有效信号、定位信号实现自动关门、开门、行进。如图9所示，图中列出了地铁列车到站自动定位控制系统为了实现自动控制功能，PLC控制部分与外接控制部分的接线图。PLC控制部分采集到的绝对地址与参考地址相等时，PLC通过(RS232/RS485)串行端口发送一个到位信号给语音报站系统，实现自动报站的功能。PLC控制部分通过对绝对地址和参考地址的比较，来实现自动停位、自动开门、自动行走的功能。PLC自动计时与列车在站内停靠时间的比较，来实现自动自动关门的功能。信号的输出点 Ql- O、Ql.1、Ql.2、Ql.3 分别与继电器 RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4 线包相连接，继电器的常开点(NO)与车上实现相应功能的开关量并联，继电器的常闭点(NC)与车上实现相应功能的开关量串联。当PLC有信号传送出去的时候，可以实现车上开关量可以实现的功能。在本实用新型的方法中，约4ms机车即可检到一次自己的地址，本方法列车检测自己地址的速度大加快，能够提高列车自动运行和定位的精确性和准确性。
权利要求1.一种地铁列车到站自动定位控制系统，其特征在于由地上循环编码发射部分(I)、电缆编码部分(2)、天线部分(3)、车上解码部分(4)、单片机软件计算地址部分(5)、PLC控制部分(6 )、外接控制部分(7 )组成，地上循环编码发射部分(I)产生49KHz载波信号，载波信号的输出与电缆编码部分(2)的输入相连接，电缆编码部分(2)通过对线交叉产生地址格雷编码信号，天线部分(3)感应到地址格雷编码信号并向空间发射，与车上解码部分(4)的输入相连接，车上解码部分(4)将天线部分(3)发射的地址格雷编码信号转换数字码元信号，数字码元信号传送到单片机计算地址部分(5)的输入端，单片机计算地址部分(5)将数字码元信号系列通过算法转换成地址信号，单片机计算地址部分(5)的输出信号传送到PLC控制部分(6 )，PLC控制部分(6 )根据单片机计算地址部分(5 )产生的地址信号来控制外接控制部分(7 )，外接控制部分(7 )通过PLC传送过来的信号来控制外部设备的传动设备。
2.根据权利要求1所述的地铁列车到站自动定位控制系统，其特征在于所述的地上循环编码发射部分(I)由49KHz带有功率放大的载波发生电路、单片机、译码器及高速开关组成，49KHz带有功率放大的载波发生电路输出正相载波信号及反相载波信号分别传送到高速功率开关的输入端，单片机的输出与译码器的输入相连接，译码器经译码后分别与高速开关的控制端相连接。
3.根据权利要求1所述的地铁列车到站自动定位控制系统，其特征在于所述的电缆编码部分(2)的电缆结构为长度102.4米，基本地址单元1024个，单个地址单元长度为0.1米；设有地址线10对，为G O — G 9，基本地址对线一对R，通信对线2对，为L0，LI ;地址对线采用格雷码编码规则。
4.根据权利要求1所述的地铁列车到站自动定位控制系统，其特征在于所述的天线部分(3)采用双天线交差接收方式，两天线的线圈宽度为GO的最小交叉，安装距离等于GO的最小交叉0.2米加上一个地址单元长度0.1米。
5.根据权利要 求1所述的地铁列车到站自动定位控制系统，其特征在于所述的车上解码部分(4)由粗地址解码和精密地址解码两部分组成，粗地址解码由天线部分(3)、过零比较器、移位寄存器、异或门电路组成；精密地址解码由双天线线圈Tl、T2及A/D转换器组成O
专利摘要本实用新型涉及一种地铁列车到站自动定位控制系统，尤其适合于地铁或轻轨运行过程中列车实时地址的在线检测,实现列车自动报站、定位及自动开门、关门等功能的控制系统。本实用新型由地上循环编码发射部分、电缆编码部分、天线部分、车上解码部分、单片机软件计算地址部分、PLC控制部分、外接控制部分组成。本实用新型提供一种可靠并易于实行的串行地址检测的方案，能提高系统地址的检测速度，在感应电缆上运行车辆时可以同时即时检测到地址，车上可以直接知道自己的地址，并能提高列车自动报站，自动运行和自动定位的精确性和准确性。
文档编号B61L27/04GK203158030SQ20132009397
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者李徽, 聂础辉 申请人:湖南理工学院, 李徽, 聂础辉